JP2003218379A

JP2003218379A - 太陽電池

Info

Publication number: JP2003218379A
Application number: JP2002015259A
Authority: JP
Inventors: Shingo Yoshida; 真吾吉田; Toshio Nakao; 俊夫中尾
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光が太陽電池素子に到達するまでの経路中
に、波長変換機能を有するとともに透明性・均質性に優
れた材料を備え、光電変換効率が高く耐久性の優れた太
陽電池を提供する。【解決手段】光が太陽電池素子に到達するまでの経路
中に、アルカリ土類金属のアルミン酸塩をはじめとする
酸化物蛍光体が分散した材料を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換機能を有
する材料を用いた太陽電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は一般に紫外域の光に対し吸光
感度が低く、紫外域の光を可視域又は近赤外域の波長に
変換することにより吸光感度の高い波長領域の光を増加
させて光電変換効率を高めることができる。従来から太
陽電池の受光面上に波長変換膜を配設することにより光
電変換効率を増大する方法が知られている。具体的に
は、特開２００１−７３７７に見られるように蛍光着色
剤を受光面に配置する方法、特開２０００−３２７７１
５に見られるようにＴｂ（ｂｐｙ）₂Ｃｌ₃と３−（トリ
メトキシシリル）プロピルアクリレートとテトラエトキ
シシランの混合溶液から得た希土類錯体含有ＯＲＭＯＳ
ＩＬ（ＯｒｇａｎｉｃａｌｌｙＭｏｄｉｆｉｅｄＳ
ｉｌｉｃａｔｅ）複合体を受光面に配置する方法などを
挙げることができる。しかしながら、上記の蛍光着色剤
や希土類錯体は耐久性が不十分なため、長期間にわたる
光電変換効率の保持が困難である。また、無機系マトリ
ックスと複合化しても屋外使用に耐える十分な耐久性を
持たない。また、有機系の蛍光体以外では、ＺｎＳ：Ａ
ｇやＺｎＳ：Ｃｕに代表される無機系の硫化物蛍光体が
良く知られているが、耐候性が悪い・湿気により輝度が
低下する等の問題があり、実用化には至っていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記事情に鑑
みてなされたもので、光が太陽電池素子に到達するまで
の経路中に、波長変換機能を有するとともに透明性・均
質性に優れた材料を備え、光電変換効率が高く耐久性の
優れた太陽電池を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、鋭意検討した結果、酸化物蛍光体、特にアルカリ土
類金属のアルミン酸塩を利用することで、耐久性に優れ
た波長変換機能を有する材料が得られることを見出し、
本発明に至った。すなわち本発明は、（１）光が太陽電池素子に到達するまでの経路中に、酸
化物蛍光体を含む材料を配設したことを特徴とする太陽
電池。（２）酸化物蛍光体が２００〜４００ｎｍの波長範囲に
ある紫外線を４００〜１０００ｎｍの波長範囲に変換で
きることを特徴とする（１）の太陽電池。（３）酸化物蛍光体がアルカリ土類金属の塩を主成分と
し、賦活剤及び共賦活剤を含むものである（１）、
（２）の太陽電池。（４）酸化物蛍光体の平均粒子径が１ｎｍ〜１μｍであ
る（１）〜（３）の太陽電池。（５）酸化物蛍光体が媒質中に分散されている表面コー
ティング材を保護板にコーティングさせた（１）〜
（４）の太陽電池。（６）酸化物蛍光体が保護板に含まれる（１）〜（４）
の太陽電池。（７）酸化物蛍光体が封止材に含まれる（１）〜（４）
の太陽電池。（８）酸化物蛍光体が透明電極に含まれる（１）〜
（４）の太陽電池。である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明に用いられる酸化物蛍光体としてはアルカリ土類
金属のアルミン酸塩が好ましい。これは、ＭＡｌ₂Ｏ₄で
表される化合物で、Ｍはマグネシウム、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウムからなる群から選ばれる少なく
とも１つ以上の化合物を母結晶とする。さらに、賦活剤
としてユウロピウムを、共賦活剤としてセリウム、プラ
セオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム、ジスプ
ロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテ
ルビウム、ルテチウムからなる群の少なくとも１つ以上
の元素を添加するのが好ましい。

【０００６】本発明に用いられる酸化物蛍光体は２００
〜４００ｎｍの波長範囲にある紫外線を４００〜１００
０ｎｍの波長範囲に変換できることを特徴とする。した
がって、本発明で使用可能な太陽電池の種類は特に制限
されることはなく、結晶シリコン太陽電池・アモルファ
スシリコン太陽電池等のシリコン系太陽電池、ＧａＡｓ
・ＣｄＳ／ＣｄＴｅなどの化合物半導体系の太陽電池、
色素増感太陽電池・有機薄膜太陽電池等の有機太陽電池
等、すべての太陽電池に適用することができる。また、
紫外域の光を長波長側に変換することで、太陽電池に用
いられる有機材料の劣化を抑制することができ、寿命の
向上も期待できる。

【０００７】本発明に用いられる酸化物蛍光体の平均粒
子径は１ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、さらに好
ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍである。平均粒子径が大き
いと前方散乱の程度が大きくなるため、太陽電池素子に
到達する光量が少なくなり、結果として光電変換効率は
減少する恐れがある。また、平均粒子径が小さいと均一
分散させることが困難となり、粒子が凝集を起こすため
前方散乱の程度が大きくなり、光電変換効率は減少する
恐れがある。本発明の酸化物蛍光体は、光が太陽電池素
子に到達するまでの経路中のいずれかに配設されていれ
ばよく、太陽電池の構造上、保護板の表面コーティング
材、保護板、封止材、透明電極のいずれかひとつ以上に
含有されているのが好ましい。表面コーティングの場
合、媒質に酸化物蛍光体を分散させ、デッピング法、ス
プレー法、バーコート法、スピンコート法、スパッタリ
ング法、真空蒸着法、プラズマ蒸着法等、公知のコーテ
ィング方法を利用することができる。保護板や封止材に
利用する場合、媒質と酸化物蛍光体を溶融混練する法、
媒質をワニス化し酸化物蛍光体を添加した後に溶媒を除
去する方法等、公知の技術を利用することができる。透
明電極に利用する場合、ITOなどの透明電極材料ととも
に酸化物蛍光体をスパッタリング法、真空蒸着法、プラ
ズマ蒸着法等で蒸着させることができる。

【０００８】ここでいう媒質とは、樹脂、有機系塗料等
の有機系媒質、ガラス、無機系塗料、セラミックス等の
無機系媒質を挙げることができる。また、これらの２種
以上の混合物であってもよい。有機系媒質の具体的な例
としては、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹
脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレンビニルアセテート等のポリオ
レフィン系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ
素樹脂等が挙げられる。また、無機系媒質の具体的な例
としては、水ガラス、ケイ酸ガラス、リン酸系ガラス、
酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタン、酸化スズ、酸化
亜鉛、酸化インジウム、ITO等が挙げられる。また、酸
化物蛍光体を媒質中に分散する場合、酸化物蛍光体の濃
度は０．０１〜２０重量％が好ましい。０．０１重量％
未満だと波長変換による効果が不十分となり、２０重量
％よりも大きいと濃度消光により太陽電池素子に到達す
る光量が少なくなる。さらに媒質中には、上記のほか、
必要に応じてカップリング剤、光重合開始剤、紫外線吸
収剤、酸化防止剤、光安定剤、防錆剤、加工助剤、着色
剤等を含むことができる。

【０００９】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。（実施例１）波長変換物質としてユウロピウムとジスプ
ロシウムで賦活した平均粒子径１００ｎｍのストロンチ
ウムアルミン酸塩を使用した。このアルミン酸塩とポリ
メタクリル酸メチルを重量比で１：９の割合で配合した
ものをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに添加し１０ｗｔ
％溶液を作製した。市販のアモルファス太陽電池表面に
上記溶液をバーコート法により塗布し、常温で乾燥させ
ることにより波長変換機能を有する薄膜を備えた太陽電
池を得た。光源としては１００ｍＷ／ｃｍ²のキセノン
ランプを使用し、ポテンショスタットを用いて太陽電池
の光電変換効率を求めた。また、作製した太陽電池を屋
外で１年間暴露した後の光電変換効率も測定した。初期
効率は市販のアモルファス太陽電池よりも高かった。ま
た、蛍光着色剤を塗布したときに見られるような、暴露
試験後の効率低下も認められなかった。

【００１０】（実施例２）波長変換物質としてユウロピ
ウムとジネオジムで賦活した平均粒子径２００ｎｍのカ
ルシウムアルミン酸塩を使用した。このアルミン酸塩を
ポリカーボネートと重量比で１：１９の割合で溶融混練
し、プレスにより板状に加工した。このアルミン酸塩が
含まれたポリカーボネートを保護板に設置した結晶シリ
コン太陽電池に対し、実施例１と同様の評価を行なっ
た。初期効率は、保護板にアルミン酸塩を添加していな
いポリカーボネートを用いた結晶シリコン太陽電池より
も高く、暴露試験後も変化はなかった。

【００１１】（実施例３）波長変換物質としては実施例
１と同様のものを用い、このアルミン酸塩を封止材中に
重量比で１：１９の割合で混練した。作製した封止材を
結晶シリコン太陽電池に適用したところ、初期効率はア
ルミン酸塩を添加していない封止材を用いたときよりも
高く、暴露試験後の効率低下も認められなかった。

【００１２】（実施例４）波長変換物質としては実施例
１と同様のものを用い、このアルミン酸塩とITOとを共
蒸着させた。このアルミン酸塩が含まれたITOを電極と
したアモルファス太陽電池に対し、実施例１と同様の評
価を行なった。初期効率は市販のアモルファス太陽電池
よりも高く、暴露試験後も変化はなかった。以上より、
実施例記載の波長変換機能を有する薄膜を配設した太陽
電池は、光電変換効率が高く耐候性に優れていることが
わかった。

【００１３】

【発明の効果】本発明は、波長変換機能により光電変換
効率を向上させ、しかも従来にない優れた耐久性を示し
た。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光が太陽電池素子に到達するまでの経路
中に、酸化物蛍光体を含む材料を配設したことを特徴と
する太陽電池。
【請求項２】酸化物蛍光体が２００〜４００ｎｍの波
長範囲にある紫外線を４００〜１０００ｎｍの波長範囲
に変換できることを特徴とする請求項１記載の太陽電
池。
【請求項３】酸化物蛍光体がアルカリ土類金属の塩を
主成分とし、賦活剤及び共賦活剤を含むものである請求
項１または２記載の太陽電池。
【請求項４】酸化物蛍光体の平均粒子径が１ｎｍ〜１
μｍである請求項１〜３何れか一項記載の太陽電池。
【請求項５】酸化物蛍光体が媒質中に分散されている
表面コーティング材を保護板にコーティングさせた請求
項１〜４何れか一項記載の太陽電池。
【請求項６】酸化物蛍光体が保護板に含まれる請求項
１〜４何れか一項記載の太陽電池。
【請求項７】酸化物蛍光体が封止材に含まれる請求項
１〜４何れか一項記載の太陽電池。
【請求項８】酸化物蛍光体が透明電極に含まれる請求
項１〜４何れか一項記載の太陽電池。